CN109958777A - 压差旁通阀和冷水或热泵机组循环系统 - Google Patents

压差旁通阀和冷水或热泵机组循环系统 Download PDF

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Abstract

公开了一种压差旁通阀，该压差旁通阀包括：阀体，该阀体包括入口和出口，流体通过入口流入阀体并且通过出口流出阀体；阀芯组件，该阀芯组件包括阀芯，该阀芯设置在阀体内并且能够在阀体内移动以闭合或开启，从而阻断或形成入口和出口之间的流体连通；和压力构件，该压力构件向阀芯施加设定压力；该阀芯组件具有第一面和第二面，其中第一面承受来自入口处的流体的使阀芯向压差旁通阀开启方向运动的压力，第二面承受与出口处连通的流体的使阀芯向压差旁通阀关闭方向运动的压力，第一面的面积与第二面的面积相同。

Description

压差旁通阀和冷水或热泵机组循环系统
技术领域
本发明涉及暖通空调领域，更特别地涉及压差旁通阀和冷水或热泵机组循环系统。
背景技术
在暖通空调系统中，通常用冷水或热泵机组带动整个系统运行，这种循环系统应用非常广泛，宾馆、医院、写字楼、体育馆、学校及民用住宅等等。在炎热的夏季，冷水机组将冷流体分送至建筑物的各个房间，房间内都安装有风机盘管，经过风冷换热，将冷空气吹进每个房间，从而降低室内温度。而在寒冷的冬季，热泵将热流体分送至建筑物的各个房间，房间内都安装有地暖及散热器，热流体通过地暖及散热器进行散热，从而提高室内温度。
冷水或热泵机组输出的冷量或热量是按照用户最大需求量来设计的，但在实际的应用中，每个房间的散热或致冷设备却不一定是全部开启的，当末端设备部分或者全部关闭时，整个系统的压差就会增大。当压差增大到一定程度时，冷水或热泵机组会自动停机进行保护。而当温度传感器感知到供回水温差增大到一定程度时，冷水或热泵机组会再次开启。因此末端设备的启闭对系统压差影响较大，导致冷水或热泵机组的频繁启停，这对机组的寿命会造成很大影响。
为了避免上述状况，目前通常会在暖通空调系统中安装一个三通阀，使这个三通阀长期处于一定的开度，以保证系统长期有一部分旁通水量，而不管末端设备是部分还是全部运行，这种旁通的状态都是一直存在的。当末端设备全部开启时，冷水或热泵机组会输出最大需求的冷量或热量，但是系统中长期开启的三通阀耗散了一部分冷量或热量，造成系统满载运行时，仍然不能满足房间内冷量或热量的需求，导致房间温度永远无法达到设定值。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种压差旁通阀，该压差旁通阀包括：阀体，该阀体包括入口和出口，流体通过入口流入阀体并且通过出口流出阀体；阀芯组件，该阀芯组件包括阀芯，该阀芯设置在阀体内并且能够在阀体内移动以闭合或开启，从而阻断或形成入口和出口之间的流体连通；和压力构件，该压力构件向阀芯施加设定压力；该阀芯组件具有第一面和第二面，其中第一面承受来自入口处的流体的使阀芯向压差旁通阀开启方向运动的压力，第二面承受与出口处连通的流体的使阀芯向压差旁通阀关闭方向运动的压力，第一面的面积与第二面的面积相同。
根据本发明的一个实施例，该第一面所承受的来自入口处的流体的使阀芯向压差旁通阀开启方向运动的压力与该第二面所承受的与出口处连通的流体的使阀芯向压差旁通阀关闭方向运动的压力之间的压力差小于该设定压力时，该阀芯闭合，以阻断入口和出口之间的流体连通，在该压力差大于该设定压力时，该阀芯开启，以形成入口和出口之间流体连通。
根据本发明的一个实施例，阀芯被设置成具有敞开端和闭合端并且能够充满流体的筒状结构，压力构件包括设置在阀芯内部并且具有抵接阀芯以施加设定压力的第一端的弹簧。
根据本发明的一个实施例，压差旁通阀还包括：调节杆，调节杆用于作用于压力构件以调节设定压力。
根据本发明的一个实施例，压差旁通阀还包括：作用在压力构件的第二端上的压块；和阀盖，阀盖套接到阀体并且具有容纳阀芯、压力构件、压块和调节杆并且能够充满流体的腔，阀盖以在阀盖和阀芯之间存在间隙的方式与阀芯配合，其中，压块分别连接到调节杆和阀盖，使得压块能够随着调节杆转动而相对于阀盖移动，从而作用于压力构件以调节设定压力。
根据本发明的一个实施例，腔包括台肩，在阀芯处于闭合状态下，阀芯与台肩之间存在间隙，在阀芯处于完全开启状态下，阀芯抵接台肩。
根据本发明的一个实施例，压块和调节杆之间的连接是螺纹连接，并且压块和阀盖之间的连接是非转动连接；或压块和调节杆之间的连接是非转动连接，并且压块和阀盖之间的连接是螺纹连接。
根据本发明的一个实施例，压差旁通阀还包括：连接到调节杆并且能够相对于阀盖转动的手轮，手轮被操作以转动调节杆，从而调节设定压力。
根据本发明的一个实施例，压差旁通阀还包括：显示设定压力的值的数字指示器。
根据本发明的一个实施例，阀芯组件还包括：安装在阀芯的闭合端处并且面向入口的分流导向器，分流导向器用于在阀芯开启时对从入口流入并且从出口流出的流体进行分流和行程导向。
根据本发明的一个实施例，入口与出口的中心轴线成一定的角度或在同一直线上。
根据本发明的一个实施例，阀芯与阀体之间密封配合。
一种压差旁通阀，压差旁通阀包括：阀体，阀体设置有入口，出口和中口；阀盖组件，阀盖组件与中口连接，并与中口形成密封中腔，密封中腔能够与入口连通并且与出口始终保持连通；阀芯组件，包括阀芯，阀芯设置于密封中腔内部；压力构件，压力构件设置于阀芯组件内，用于作用于阀芯组件以控制压差旁通阀的开度。
一种冷水或热泵机组循环系统，包括根据前述任一项实施例的压差旁通阀。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的压差旁通阀的剖视图。
图2是根据本发明的一个实施例的压差旁通阀的俯视图。
图3是根据本发明的一个实施例的阀芯组件的立体图。
图4是根据本发明的一个实施例的阀芯组件的剖视图。
具体实施方式
在以下描述中，类似的附图标记将用于描述类似的技术特征。
除非另有说明，针对给出实施例具体地描述的技术特征可以与在其它实施例的情况下通过非限制性示例描述的技术特征组合。
压差旁通阀可以用于冷水或热泵机组循环系统。现有技术的压差旁通阀中的阀芯(未示出)一般为片状结构，阀杆与片状的阀芯一体形成，阀杆的与具有阀芯的一端相反的另一端设置在套筒内，弹簧设置在不与流体接触的套筒内部，并且压抵套筒从而通过阀杆将弹簧压力传递给阀芯。即，在现有技术的压差旁通阀中，通过设置阀杆而将弹簧压力传递给阀芯。
图1是根据本发明的一个实施例的压差旁通阀的剖视图。如图1所示，压差旁通阀包括阀体1，阀体1包括入口a和出口b，流体通过入口a流入阀体1并且通过出口b流出阀体1，阀体1的内部设置有包括阀芯2的阀芯组件，阀芯2能够在阀体1内移动以闭合或开启，从而阻断或形成入口a和出口b之间的流体连通，阀芯2与阀体1之间密封配合，该密封可以是例如通过橡胶垫进行的软密封，也可以是不通过橡胶垫进行的硬密封。
压差旁通阀还包括：诸如弹簧的压力构件3。压力构件3不限于弹簧，也可以是其他弹性构件或机械构件，只要该压力构件3能够向阀芯2施加设定压力。
该阀芯组件具有第一面和第二面，其中第一面承受来自入口a处的流体的使阀芯向压差旁通阀开启方向运动的压力，第二面承受与出口b处连通的流体的使阀芯向压差旁通阀关闭方向运动的压力，且第一面的面积与第二面的面积相同。该阀芯组件的第一面所承受的来自入口a处的流体的使阀芯2向压差旁通阀开启方向运动的压力与该阀芯组件的第二面所承受的与出口b处连通的流体的使阀芯向压差旁通阀关闭方向运动的压力之间的压力差小于设定压力时，阀芯2闭合，以阻断入口a和出口b之间的流体连通，在该压力差大于设定压力时，阀芯2开启，以形成入口a和出口b之间的流体连通。
需要说明的是，本实施例所描述的第一面和第二面并不受限于该第一面或第二面为平坦的表面的情况。具体地，承受来自入口a处的流体的使阀芯向压差旁通阀开启方向运动的压力的所有的面，可以统称为第一面；而承受与出口b处连通的流体的使阀芯向压差旁通阀关闭方向运动的压力的所有的面，可以统称为第二面。
在一实施例中，该压差旁通阀还可以包括：调节杆6，该调节杆6能够作用于压力构件3以调节设定压力；作用在压力构件3的第二端上的压块4；和阀盖5，该阀盖5套接到阀体1并且具有容纳阀芯2、压力构件3、压块4和调节杆6并且能够充满流体的腔，该阀盖5以在阀盖5和阀芯2之间存在间隙的方式与阀芯2配合，使阀芯2在开启过程中不仅具有行程导向作用，而且还具有平稳导压作用，这使得阀芯2在开启过程中具有平稳的压力变化及流体流动，因此压差旁通阀具有更高精度的开启压差及开启曲线。
根据本发明的又一实施例，压差旁通阀包括：阀体1，该阀体1设置有入口，出口和中口；阀盖组件，该阀盖组件与中口连接，并与中口形成密封中腔；其中，密封中腔能够与入口连通，并且该密封中腔与出口始终保持连通；阀芯组件，包括阀芯2，该阀芯2设置于密封中腔内部；压力构件，该压力构件设置于阀芯组件内，用于作用于阀芯组件以控制压差旁通阀的开度。
在一实施例中，阀芯2被设置成具有敞开端15和闭合端16并且能够充满流体的筒状结构，如图1，3-4所示，弹簧3设置在阀芯2内部并且具有抵接阀芯2的闭合端16的第一端，调节杆6能够作用于弹簧3以调节弹簧施加到阀芯的闭合端16的弹簧压力，该弹簧压力对应于设定压力。由于弹簧3的第一端直接抵接阀芯2的闭合端16而将弹簧压力施加到阀芯2，所以不需要依靠诸如阀杆的任何力传递装置将弹簧压力施加到阀芯2。通过省略阀杆，阀芯组件的承受来自入口a的流体的使阀芯2向阀门开启方向运动的压力的第一面的面积和承受与出口b连通的流体的使阀芯2向阀门关闭方向运动的压力的第二面的面积相同，所以根据本发明的压差旁通阀在工作时不受到系统静压力影响。
在压差旁通阀中，流体从入口a流入压差旁通阀，并从出口b流出压差旁通阀，如图1所示，入口a与出口b的轴线相互垂直，但根据实际应用入口a与出口b的轴线可以设置成在同一直线上，也可以成一定的角度。阀芯2和弹簧3都处于流体环境中，并且筒状阀芯2内充满流体。阀芯2的闭合端16可以根据需要是平面形状的，以增大阀芯2在开启时从入口a到出口b之间的流体流速。阀芯2的闭合端16也可以根据需要成朝入口a凸起的形状，从而降低阀芯2在开启时从入口a到出口b之间的流体流速。
设定来自阀入口a处的流体的作用于第一面的使阀芯向压差旁通阀开启方向运动的流体压强为P1，与出口b处连通的流体的作用于第二面的使阀芯向压差旁通阀关闭方向运动的流体压强为P2，本实施例和现有技术的阀芯组件的第一面的面积均为Ai，现有技术的阀杆的截面积为As，那么在入口a处沿竖直向上的方向作用在本实施例的阀芯组件的闭合端16和现有技术的阀芯组件的下端处而使本实施例的阀芯2和现有技术的阀芯分别向阀门开启方向运动的流体压力均＝P1×Ai(即，本实施例和现有技术的阀芯组件的第一面的面积均为Ai)，而在出口b处沿竖直向下的方向作用在本实施例的阀芯2的闭合端16处而使阀芯2向阀门关闭方向运动的流体压力＝P2×Ai(即，本实施例的阀芯组件的第二面的面积为Ai)，在出口b处作用在现有技术的阀芯组件上端处而使阀芯向阀门关闭方向运动的流体压力＝P2×(Ai-As)(即，现有技术的阀芯组件的第二面的面积为Ai-As，小于其第一面的面积Ai)，则作用在现有技术的阀芯组件上的流体压力差＝P1×Ai-P2×(Ai-As)＝P1×Ai-P2×Ai+P2×As＝ΔP×Ai+P2×As。而作用在本实施例的阀芯组件上的流体压力差＝P1×Ai-P2×Ai＝△P×Ai。与本实施例的压差旁通阀相比，对于现有技术的有阀杆的压差旁通阀，现有技术的阀芯组件会受到一个多余的力＝P2×As，这个多余的力就是系统的静压力。
由于在本实施例的压差旁通阀中，通过将弹簧3设置在筒状的阀芯2内，弹簧3直接压迫阀芯2，无需通过阀杆就可以将力传递给阀芯2，所以不需要设置阀杆，即As＝0，因而本发明的压差旁通阀不会受到系统的静压力影响，从而具有高精度的阀开启点及开启曲线。
进一步地，根据上述计算结果，只要As＝0，即阀芯组件的承受入口a处的使阀芯2向阀门开启方向运动的流体压力的第一面的面积和承受出口b处的使阀芯2向阀门关闭方向运动的流体压力的第二面的面积相同，则压差旁通阀就不受到系统的静压力作用，省略阀杆并且将阀芯2设置成筒状结构仅是实现阀芯组件的该第一面的面积和该第二面的面积相同的一个实施例，还可以设想其它的实施例，例如在不省略阀杆的情况下将第一面的面积设置为和第二面的面积相同。
这种结构使得压差旁通阀的结构更加合理，阀不受系统静压力影响，能够在需要的压差下开启和关闭，开启后也能够满足系统压差及流量的调整，从而解决现有技术中存在的冷水或热泵机组的频繁启停的问题。
如图1，3-4所示，阀盖5的腔包括台肩14，在阀芯2处于闭合状态下，阀芯2与该台肩14之间存在间隙，在阀芯2处于完全开启状态下，阀芯2抵接该台肩14。即，开启后的阀芯2会根据流体压力差的继续增加不断地增大开度，直到阀芯2的敞开端15抵接阀盖5的台肩14而完成整个开启行程。
在一实施方式中，压差旁通阀还可以包括弹簧压块4。弹簧压块4设置在弹簧3的第二端上，螺纹连接到调节杆6并且通过例如六方连接的方式非转动连接到阀盖5，使得弹簧压块4能够在调节杆6转动时相对于阀盖5上下移动。弹簧压块4也可以凭借非转动连接方式连接到调节杆6或与调节杆6一体形成，并且螺纹连接到阀盖5，使得弹簧压块4能够在调节杆6转动时随着调节杆6一起相对于阀盖5转动的同时上下移动。弹簧压块4能够促使弹簧3改变压缩状态，从而改变弹簧3施加给阀芯2的弹簧压力以调节设定压力。
在一实施方式中，压差旁通阀还可以包括手轮7。手轮7连接到调节杆6并且能够相对于阀盖5转动，手轮7被操作以带动调节杆6转动，从而改变弹簧3的压缩状态。由于弹簧压力对应于设定压力，所以能够操作手轮7以调节设定压力。
在一实施方式中，压差旁通阀还可以包括数字指示器8。数字指示器8示出的数字指示可以通过手轮7的旋转进行变化，以显示设定压力的值，数字指示器8可以被设置在手轮7上，也可以根据需要设置在其他合适的部件上。然而，本领域技术人员应该理解，数字指示器8不是必需的。通过旋转手轮7来调节弹簧3压缩状态的过程，即称为设定压力的过程，从而达到设定压力的目的。然而，也可以不对压差进行设定。
设定压力在实际应用中是十分有利的，由于不同的房屋有着不同的面积，一般会根据不同的面积选择不同的机组功率及水泵扬程，而系统的设计压差也会因此而不同。这种情况下，当末端设备部分或全部开启时，系统压差的变化也是不同的。如果压差旁通阀只能在一个固定压差下开启，就无法与系统需要进行匹配，因此也起不到防止冷水或热泵机组的频繁启停的作用。相反，如果压差旁通阀能够进行多种压差预设定，就可以满足不同系统的压差需求，当然也能避免机组的频繁启停。
当调节杆6旋转时，弹簧压块4可通过弹簧压块4与调节杆6或阀盖5之间的螺纹产生快速位移，带动弹簧3快速压缩，从而实现快速设定压力的目的。这克服了在实际使用中对现有阀进行压差预设定时，需要手动旋转大量的圈数才能完成压差预设而给操作者带来不便的问题。
由于弹簧3设置在阀芯2内部，使压差设定长度与阀芯2的开启和关闭行程出现在同一空间中，这种紧凑的内部结构使压差旁通阀的外形非常小巧，克服了现有技术中的不合理的结构导致的阀体积较大而没有足够的安装空间的问题。
如图1，3-4所示，阀芯组件还包括分流导向器9，分流导向器9通过阀芯2的突出部安装到阀芯2的闭合端16外部并且面向入口a，分流导向器9不仅可以在阀芯2开启的过程中，对从入口a流入并且从出口b流出的流体进行分流，使流体压力均匀分布在阀芯2上，推动阀芯2平稳开启；还可以在阀芯2开启的过程中，起到行程导向的作用。然而，也可以根据实际应用，不在阀芯2下部设置分流导向器9。
还可以在分流导向器9和橡胶垫10之间设置垫片11，以防止在安装分流导向器9时分流导向器9过分挤压橡胶垫10。在一个实施例中，阀芯2、橡胶垫10、垫片11以及分流导向器9构成阀芯组件。该阀芯组件可以一体形成。
与现有技术的压差旁通阀相比，根据本发明的压差旁通阀具有预设定压力速度快、结构紧凑和精度高的优点。尽管至少一个示例性实施例已经被呈现在前述描述中，但是应该认识到存在许多变化例。还应该认识到，示例性实施例仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或构造。而是，前述描述将为本领域的技术人员提供用于执行示例的工作的方便路线图。应该理解，在没有脱离随附权利要求阐述的本发明的范围的情况下，可以对示例性实施例进行各种改变。

Claims (14)

1.一种压差旁通阀，其特征在于，所述压差旁通阀包括：
阀体(1)，所述阀体(1)包括入口(a)和出口(b)，流体通过入口(a)流入阀体(1)并且通过出口(b)流出阀体(1)；
阀芯组件，所述阀芯组件包括阀芯(2)，所述阀芯(2)设置在阀体(1)内并且能够在阀体(1)内移动以闭合或开启，从而阻断或形成入口(a)和出口(b)之间的流体连通；和
压力构件(3)，所述压力构件(3)向阀芯(2)施加设定压力；
所述阀芯组件具有第一面和第二面，其中第一面承受来自入口(a)处的流体的使阀芯向压差旁通阀开启方向运动的压力，第二面承受与出口(b)处连通的流体的使阀芯向压差旁通阀关闭方向运动的压力，第一面的面积与第二面的面积相同。
2.根据权利要求1所述的压差旁通阀，其特征在于，
所述第一面所承受的来自入口(a)处的流体的使阀芯向压差旁通阀开启方向运动的压力与所述第二面所承受的与出口(b)处连通的流体的使阀芯向压差旁通阀关闭方向运动的压力之间的压力差小于所述设定压力时，所述阀芯(2)闭合，以阻断入口(a)和出口(b)之间的流体连通，在所述压力差大于所述设定压力时，所述阀芯(2)开启，以形成入口(a)和出口(b)之间流体连通。
3.根据权利要求2所述的压差旁通阀，其特征在于，
所述阀芯(2)被设置成具有敞开端(15)和闭合端(16)并且能够充满流体的筒状结构，压力构件(3)包括设置在阀芯(2)内部并且具有抵接阀芯(2)以施加设定压力的第一端的弹簧。
4.根据权利要求2或3所述的压差旁通阀，其特征在于，所述压差旁通阀还包括：
调节杆(6)，所述调节杆(6)用于作用于压力构件(3)以调节设定压力。
5.根据权利要求4所述的压差旁通阀，其特征在于，所述压差旁通阀还包括：
作用在压力构件(3)的第二端上的压块(4)；和
阀盖(5)，所述阀盖(5)套接到阀体(1)并且具有容纳阀芯(2)、压力构件(3)、压块(4)和调节杆(6)并且能够充满流体的腔，所述阀盖(5)以在阀盖(5)和阀芯(2)之间存在间隙的方式与阀芯(2)配合，其中，所述压块(4)分别连接到调节杆(6)和阀盖(5)，使得压块(4)能够随着调节杆(6)转动而相对于阀盖(5)移动，从而作用于压力构件(3)以调节设定压力。
6.根据权利要求5所述的压差旁通阀，其特征在于，
所述腔包括台肩(14)，在阀芯(2)处于闭合状态下，阀芯(2)与所述台肩(14)之间存在间隙，在阀芯(2)处于完全开启状态下，阀芯(2)抵接所述台肩(14)。
7.根据权利要求5或6所述的压差旁通阀，其特征在于，
压块(4)和调节杆(6)之间的连接是螺纹连接，并且压块(4)和阀盖(5)之间的连接是非转动连接；或
压块(4)和调节杆(6)之间的连接是非转动连接，并且压块(4)和阀盖(5)之间的连接是螺纹连接。
8.根据权利要求5所述的压差旁通阀，其特征在于，所述压差旁通阀还包括：
连接到调节杆(6)并且能够相对于阀盖(5)转动的手轮(7)，所述手轮(7)被操作以转动调节杆(6)，从而调节设定压力。
9.根据权利要求3，5，6，8中任一项所述的压差旁通阀，其特征在于，所述压差旁通阀还包括：
显示设定压力的值的数字指示器(8)。
10.根据权利要求9所述的压差旁通阀，其特征在于，所述阀芯组件还包括：
安装在阀芯(2)的闭合端(16)处并且面向入口(a)的分流导向器(9)，所述分流导向器(9)用于在阀芯(2)开启时对从入口(a)流入并且从出口(b)流出的流体进行分流和行程导向。
11.根据权利要求1-3，5，6，8和10中任一项所述的压差旁通阀，其特征在于：
入口(a)与出口(b)的中心轴线成一定的角度或在同一直线上。
12.根据权利要求1-3，5，6，8和10中任一项所述的压差旁通阀，其特征在于：所述阀芯(2)与阀体(1)之间密封配合。
13.一种压差旁通阀，其特征在于，所述压差旁通阀包括：
阀体(1)，所述阀体设置有入口，出口和中口；
阀盖组件，所述阀盖组件与中口连接，并与中口形成密封中腔；
其中，所述密封中腔能够与入口连通并且与所述出口始终保持连通；
阀芯组件，包括阀芯(2)，所述阀芯(2)设置于密封中腔内部；
压力构件，所述压力构件设置于阀芯组件内，用于作用于阀芯组件以控制所述压差旁通阀的开度。
14.一种冷水或热泵机组循环系统，包括根据前述权利要求中任一项所述的压差旁通阀。
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